科学家们观察到[艾达等（Eda et al.），2010；高等（Gao et al.），2009]，使用联氨进行还原反应，这类单一还原过程可能不会使氧化石墨烯发生完全还原反应。因此，单一的还原反应过程还有待进一步改善。为此，科学家提出了多步还原反应法。

1）艾达等（Eda et al.，2010）发现，通过联氨还原反应和在200℃低温下热还原氧化石墨烯所得到的石墨烯片比仅在550℃下热还原所得的石墨烯导电性要好。聚合物基底附着的柔性设备一般都需要使用高导电性材料。

2）化学试剂对还原氧化石墨烯有选择性，且这些化学试剂并不能去除所有的含氧官能团。因此，高等（Gao et al.）提出了三步还原法：

第一步：通过硼氢化钠（NaBH₄）的脱氧作用，去除所有酮、内半缩醛、酯和多数醇。(www.daowen.com)

第二步：浓硫酸脱水能形成烯烃键，形成共轭sp²碳网的一部分。

第三步：在氩气/氢气（Ar/H₂）和1100℃条件下对氧化石墨烯进行15min的热处理，可将含氧量减少到0.5%（质量分数）以下，接近石墨粉末中的含氧值。这一方法生成的石墨烯碳氧比大于246∶1，是目前所能达到的最高值，但是石墨烯薄膜的电导率却只有202S/cm，这比在氩气（Ar）和同温度环境下直接进行煅烧所得到的石墨烯薄膜的导电性要低得多[王等（Wang et al.），2009]。

通过多步还原氧化石墨烯制造石墨烯所面临的挑战：科学家们尝试了很多方法还原氧化石墨烯，但目前还是不能确定氧化石墨烯片的功能团是否能够全部去除；以及氧化过程中形成的晶格缺陷是否能在还原过程中得到恢复。此外，还原过程是否会减小或增大石墨烯片的缺陷密度也是问题。然而，某些多步还原法制造的石墨烯确实质量上乘，堪比原始状态的石墨烯，但程序复杂且耗时多。